Aldehydy i ketony

Aldehydy i ketony łącznie stanowią klasę związków określanych jako związki karbonylowe. Wspólnym elementem ich budowy jest grupa karbonylowa: . Ich właściwości chemiczne i metody otrzymywania są podobne.

Aldehydy i ketony mają taki sam wzór sumaryczny C_nH_2nO, ale odmienne ułożenie cząsteczek w przestrzeni, są więc izomerami budowy.

Aldehydy

Zgodnie z regułami IUPAC nazwy aldehydów alifatycznych tworzy się od najdłuższego łańcucha zawierającego grupę aldehydową -CHO i dodaje końcówkę -al, np. metanal, etanal, propanal, butanal. Łańcuch ten zaczyna się numerować od grupy aldehydowej.

Używane są także nazwy zwyczajowe tworzone od nazw kwasów karboksylowych, np. aldehyd mrówkowy, aldehyd octowy, aldehyd masłowy.

Aldehydy aromatyczne, pochodne benzenu, traktuje się jako pochodne aldehydu benzoesowego, przy czym przed słowem "benzoesowy" wymienia się podstawniki wraz z ich lokantami. Aldehydy aromatyczne obejmują wyłącznie takie związki, w których grupa aldehydowa jest związana bezpośrednio z pierścieniem aromatycznym.

Ketony

Ketony systematycznie nazywa się od najdłuższego prostego łańcucha zawierającego grupę ketonową lub ( w przypadku ketonów cyklicznych) od pierścienia, podaje się jej lokant (możliwie najniższy) i dodaje końcówkę -on, np. pentan-2-on. Gdy związek zawiera dwie lub więcej grupy ketonowe, dodaje się przedrostek "di", "tri" itd., np. pentano-2,4-dion.

Ketony, w których jednym z podstawników jest grupa fenylowa nazywa się fenonami, np. benzofenon.

W grupie karbonylowej atomy węgla i tlenu mają hybrydyzację sp² i są połączone wiązaniem podwójnym (π,ϭ). Wiązanie sigma jest utworzone z orbitali sp² atomów węgla i tlenu, a wiązanie pi z niezhybrydyzowanych orbitali pi obu tych atomów. Atom węgla (ketony) i wodoru (aldehydy). Ten fragment cząsteczki jest płaski, a kąty pomiędzy wiązaniami wynoszą ok. 120^o. Na atomie tlenu pozostają dwie niewiążące pary elektronów sp².

Wiązanie jest spolaryzowane w stronę atomu bardziej elektroujemnego - tlenu, w wyniku czego na atomie węgla występuje cząstkowy ładunek dodatni.

Większość aldehydów i ketonów alifatycznych jest cieczami za wyjątkiem formaldehydu, który jest gazem w warunkach naturalnych.

Obecność par elektronowych na atomie tlenu sprawia, że grupa karbonylowa jest zdolna do przyjęcia protonu.

Niższe aldehydy i ketony rozpuszczają się w wodzie. Większość jednak rozpuszcza się w polarnych rozpuszczalnikach organicznych (alkohole) i same są dobrymi rozpuszczalnikami (np. aceton, cykloheksanon).

Właściwości fizyczne związków karbonylowych

Nazwa	Wzór	Temperatura topnienia ^oC	Temperatura wrzenia ^oC	Rozpuszczalność w wodzie g/100g wody
Aldehydy Metanal Etanal Propanal Butanal Aldehyd benzoesowy	HCHO CH3CHO C2H5CHO C3H7CHO C6H5CHO	-92 -123,5 -81 -99 -26	-21 20 50 75,7 178	∞ ∞ 20 4 0,3
Ketony Aceton Butanon Cykloheksanon Acetofenon Benzofenon	CH3COCH3 CH3COC2H5 (CH2)5CO C6H5COCH3 C6H5COC6H5	-95 -87 -45 21 48	56 80 155 202 306	∞ 37 - - -

Występowanie aldehydów i ketonów

Niektóre związki karbonylowe są wytwarzane przez żywe organizmy i pełnią ważną rolę w procesach życiowych. Grupę karbonylową zawierają niektóre hormony (estron, progesteron, kortizon) i feromony (np. prusaka i kwieciaka bawełnianego). Związki karbonylowe wchodzą często wchodzą w skład roślinnych olejków eterycznych, np. kamfora, aldehyd cynamonowy i waniliowy. Grupa karbonylowa jest jednym z elementów strukturalnych sacharydów.

Otrzymywanie związków karbonylowych

Aldehydów:

1. Utlenianie metanolu - aldehyd mrówkowy

2. Katalityczne utlenianie etylenu lub odwadnianie acetylenu - aldehyd octowy

3. Reakcje utleniania alkoholi pierwszorzędowych

4. Reakcje redukcji chlorków kwasowych

5. Kontrolowane utlenianie metylowych pochodnych aromatycznych - aldechydy aromatyczne

6. Hydroliza dichlorometylobenzenu - aldehyd benzoesowy

7. Reakcja Reimera-Tiemanna z fenolu i chloroformu - aldehyd salicylowy

Aldehydy bardzo łatwo utleniają się do kwasów karboksylowych, więc aby temu zapobiec, należy używać łagodnych utleniaczy.

Ketonów

1. Utlenianie drugorzędowych alkoholi dichromianem (VI) sodu lub potasu, bądź też manganianem (VII) potasu. (Można stosować standardowe utleniacze)

2. Reakcja odczynnika Grignarda z nitrylami

3. Reakcje chlorków kwasowych z pochodnymi kadmoorganicznymi lub miedziolitoorganicznymi

Zastosowanie

Aldehydy stosowane są do syntez organicznych (tworzywa sztuczne, barwniki), w przemyśle spożywczym i kosmetycznym (składniki kompozycji zapachowych i aromatów spożywczych), garbarstwie (aldehyd glutarowy).

Formaldehyd

W warunkach normalnych jest gazem o charakterystycznej, duszącej woni i będący silną trucizną. Dobrze rozpuszcza się w wodzie. W handlu najczęściej spotyka się 35–40% roztwór formaldehydu w wodzie, czyli formalinę.

Stosowany do wyrobu żywic syntetycznych, włókien chemicznych, barwników i jako środek odkażający. Jest stosowany również jako konserwant i utrwalacz preparatów biologicznych.

Aceton

Jest powszechnie stosowanym rozpuszczalnikiem organicznym. Rozpuszcza większość miękkich tworzyw sztucznych, lakiery, tłuszcze, oleje. Dobrze rozpuszcza się w nim acetylen, przez co używa się go w butlach na acetylen jako roztwór pochłaniający. Stosuje się go przy produkcji leków, barwników, farb, lakierów, zmywaczy do paznokci i środków czyszczących. Aceton może być wykorzystywany jako prekursor do produkcji narkotyków i w związku z tym obrót nim podlega w Polsce kontroli.